นักวิทยาศาสตร์ไขปริศนาดาวฤกษ์ที่ปล่อยรังสีเอ็กซ์ หลังเป็นคำถามที่ค้างคามานานกว่า 100 ปี

วันที่ 24 มีนาคมที่ผ่านมา วงการดาราศาสตร์โลกได้บรรลุความก้าวหน้าครั้งสำคัญ หลังจากสามารถไขปริศนาที่ดำเนินยาวนานมากกว่าหนึ่งศตวรรษเกี่ยวกับการแผ่รังสีเอกซ์พลังงานสูงจากดาวฤกษ์ Gamma-Cas ได้สำเร็จ โดยการค้นพบครั้งนี้อาศัยข้อมูลจากยานอวกาศสำรวจรังสีเอกซ์ XRISM ซึ่งช่วยเปิดเผยความจริงที่ซ่อนอยู่เบื้องหลังปรากฏการณ์ดังกล่าว

ดาว Gamma-Cas ตั้งอยู่ในกลุ่มดาวแคสสิโอเปีย Cassiopeia ห่างจากโลกประมาณ 550 ปีแสง และสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าในซีกโลกเหนือ โดยเป็นหนึ่งในจุดเด่นของกลุ่มดาวรูปตัว W ดาวฤกษ์ดวงนี้มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 19 เท่า และมีความส่องสว่างมากกว่าถึง 65,000 เท่า นับเป็นดาวฤกษ์มวลมากประเภทหนึ่งที่นักดาราศาสตร์ให้ความสนใจมาอย่างยาวนาน 

ปริศนาเริ่มต้นขึ้นตั้งแต่ปี ค.ศ. 1866 เมื่อมีการตรวจพบสัญญาณสเปกตรัมของไฮโดรเจนที่มีความสว่างผิดปกติ ซึ่งถือเป็นร่องรอยสำคัญที่แตกต่างจากดาวฤกษ์ทั่วไป เช่น ดวงอาทิตย์ของเรา และกลายเป็นคำถามสำคัญว่าเกิดอะไรขึ้นภายในระบบดาวดวงนี้

ความลึกลับทวีความซับซ้อนจากการค้นพบรังสีเอกซ์

ในช่วงทศวรรษ 1970 นักดาราศาสตร์ค้นพบว่า Gamma-Cas ไม่ได้มีเพียงความผิดปกติในสเปกตรัมแสงเท่านั้น แต่ยังปล่อยรังสีเอกซ์พลังงานสูงออกมาอย่างรุนแรง ซึ่งถือเป็นพฤติกรรมที่ผิดปกติอย่างมากสำหรับดาวฤกษ์ประเภทนี้

การวิเคราะห์ชี้ว่ารังสีเอกซ์ดังกล่าวเกิดจากพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงถึงประมาณ 150 ล้านองศาเซลเซียส ซึ่งสูงกว่าพื้นผิวของดวงอาทิตย์หลายหมื่นเท่า และทำให้ Gamma-Cas มีความสว่างในย่านรังสีเอกซ์มากกว่าดาวฤกษ์มวลมากทั่วไปถึง 40 เท่า

สำหรับคำว่า พลาสมา ในทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์นั้น หมายถึง สสารสถานะหนึ่งที่มีพลังงานสูงมากจนอะตอมแตกตัวเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ส่งผลให้สามารถปล่อยพลังงานในรูปของรังสีต่าง ๆ ได้ รวมถึงรังสีเอกซ์ที่ตรวจพบในกรณีนี้

สองทฤษฎีหลัก ก่อนนำไปสู่คำตอบสุดท้าย

ตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอคำอธิบายหลักไว้ 2 แนวทาง ได้แก่

ทฤษฎีแรก อธิบายว่ารังสีเอกซ์เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างสนามแม่เหล็กของดาวฤกษ์กับจานพลาสมาที่หมุนวนอยู่รอบดาว ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของดาวฤกษ์ชนิด Be ที่มีการหมุนเร็วและปล่อยสสารออกสู่รอบตัว

ทฤษฎีที่สองอธิบายว่าปรากฏการณ์ดังกล่าวเกิดจากระบบดาวคู่ โดยมีดาวแคระขาวซึ่งเป็นซากดาวฤกษ์ที่ตายแล้วซ่อนตัวอยู่ และกำลังดึงดูดมวลสสารจากดาว Gamma-Cas เข้าไปสะสมบนพื้นผิวของมัน กระบวนการนี้เรียกว่า การถ่ายเทมวล ซึ่งสามารถสร้างความร้อนและพลังงานสูงจนปล่อยรังสีเอกซ์ออกมาได้

ยานอวกาศสำรวจรังสีเอกซ์ XRISM ไขคำตอบ ยืนยันการมีอยู่ของดาวแคระขาว

และด้วยเทคโนโลยีขั้นสูงของยานอวกาศสำรวจรังสีเอกซ์ XRISM ซึ่งสามารถวิเคราะห์สเปกตรัมรังสีเอกซ์ได้อย่างละเอียด นักดาราศาสตร์สามารถตรวจจับลักษณะเฉพาะของการเคลื่อนที่ของสสาร และพลังงานที่เกิดขึ้นจากการตกกระทบของมวลสารลงบนพื้นผิววัตถุที่มีแรงโน้มถ่วงสูง

ผลการศึกษายืนยันว่า Gamma-Cas เป็นส่วนหนึ่งของระบบดาวคู่ โดยมีดาวแคระขาวที่มองไม่เห็นเป็นคู่สหาย และกำลังดูดกลืนมวลสารจากดาวหลัก ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของรังสีเอกซ์พลังงานสูงที่ตรวจพบ

ยาเอล นาเซ่ (Yaël Nazé) หัวหน้าทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยลีแยฌ University of Liège ประเทศเบลเยียม ระบุว่า "การค้นพบนี้ถือเป็นหลักฐานโดยตรงครั้งแรกที่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ดังกล่าวได้อย่างชัดเจน และเป็นก้าวสำคัญของวงการดาราศาสตร์"

ผลกระทบต่อความเข้าใจวิวัฒนาการของดาวฤกษ์

การค้นพบครั้งนี้ไม่ได้เพียงแค่ไขปริศนาของ Gamma-Cas เท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อภาพรวมความเข้าใจเกี่ยวกับวิวัฒนาการของระบบดาวคู่ โดยเฉพาะระบบที่ประกอบด้วยดาวฤกษ์มวลมากประเภท Be และดาวแคระขาว

ก่อนหน้านี้ นักดาราศาสตร์เชื่อว่าระบบลักษณะนี้ควรพบได้บ่อยกว่านี้ แต่จากข้อมูลใหม่กลับพบว่ามีจำนวนน้อยกว่าที่คาดการณ์ไว้ ซึ่งบ่งชี้ว่าแบบจำลองการเกิดและวิวัฒนาการของดาวฤกษ์อาจต้องได้รับการปรับปรุงใหม่

สำหรับกระบวนการวิวัฒนาการของระบบดาวคู่ ในที่นี้หมายถึง การเปลี่ยนแปลงของดาวสองดวงที่โคจรร่วมกันและมีปฏิสัมพันธ์ เช่น การแลกเปลี่ยนมวล การสูญเสียพลังงาน และการเปลี่ยนสถานะของดาวจากดาวฤกษ์ปกติไปเป็นซากดาวอย่างดาวแคระขาว

ผลการวิจัยดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Astronomy & Astrophysics เมื่อวันที่ 24 มีนาคมที่ผ่านมา ซึ่งเป็นหนึ่งในวารสารด้านดาราศาสตร์ชั้นนำของโลก สะท้อนถึงความสำคัญและความน่าเชื่อถือของการค้นพบครั้งนี้

ความสำเร็จนี้ไม่เพียงช่วยปิดฉากปริศนาที่ยาวนานกว่า 100 ปี แต่ยังเปิดประตูสู่การศึกษาระบบดาวฤกษ์ประเภทใหม่ ๆ และช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถพัฒนาแบบจำลองจักรวาลได้แม่นยำยิ่งขึ้นในอนาคต